Wasser dehnt sich bei Gefrieren aus

Question

Aufgabe:

Warum dehnt sich das Wasser zw 0 und 4 Grad Celsius aus bzw. wenn das Wasser bei 0 Grad gefriert dehnt sich sein Volum um 10% aus?

Answer 1

Hallo Antonia,

das hängt mit der "Dichteanomalie" des Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur zusammen (je größer die Dichte, desto kleiner das Volumen!):

https://de.wikipedia.org/wiki/Dichteanomalie

Eine Begründung steht unten links neben dem farbigen "Seebild"

Gruß Wolfgang

Answer 2

Salut Antonia,

Wasser ist einer der wenigen Stoffe, die sich beim Erstarren ausdehnen. Daraus resultiert, dass Eis eine geringere Dichte als Wasser aufweisen muss. Man bezeichnet diese besondere Eigenschaft übrigens als *Anomalie des Wassers*.

Die Dichteanomalie kann man nun aus den Eigenschaften der Wassermoleküle heraus begründen und das wäre bereits wieder Chemie :

H₂O - Moleküle  verfügen über besondere Bindungskräfte, sog. Wasserstoffbrückenbindungen. Wenn nun Wasser gefriert, verbinden sich die Wassermoleküle mithilfe der Wasserstoffbrückenbindungen zu einem Eisgitter von sechseckiger Struktur. Bedingt durch die Tatsache, dass dieses Gitter aus weitmaschigen, durchgängigen Hohlräumen aufgebaut ist, muss es auch ein größeres Volumen einnehmen als flüssiges Wasser.

Beginnt nun Eis aber zu schmilzen, kommt es zur Zerstörung dieses Gitters und die Dichte nimmt zu. Es existieren dann zwar immer noch Bruchstücke des Eisgitters, sog. Cluster, aber mit steigender Temperatur werden sie immer kleiner  Bei 4°C schließlich hat das flüssige Wasser seine größte Dichte erreicht.

Nimmt die Temperatur weiter zu, dehnt sich Wasser jedoch wie jede andere Flüssigkeit aus.

Benötigst du weitere chemische Hintergründe, einfach nachfragen !

Viel Erfolg :)

Comments

Cosi,

Wieso das Wasser sich ausdehnt hab ich verstanden...wegen den „Hohlräume“ wird das Volumen grösser. Wieso es aber am Dichte verliert habe ich leider nicht verstanden.

Cosi..gibst du im privat, im Chemie online Nachhilfestunden? Hast dir immer Zeit genommen und viel Mühe gegeben. Ich suche grade ein/e Lehrer/in.

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Wenn Eis eine geringere Dichte als Wasser besitzt, so bedeutet dies, dass sich die H₂O - Teilchen viel weiter voneinander entfernt aufhalten als das im flüssigen Aggregatzustand der Fall ist. Im festen Aggregatzustand sind dadurch auch die Anziehungskräfte zwischen den einzelnen Wassermolekülen weitaus geringer, was wiederum dazu führt, dass sich das Volumen vergrößert und die Dichte abnimmt.

Und nein, ich gebe keine online Nachhilfestunden. Du kannst aber gerne deine Fragen in der Chemielounge posten. Ich kann zwar nie sagen, wann ich gerade zugegen bin (praktiziere das alles wie immer nach dem Lustprinzip :)), aber wenn es dringend ist, einfach einen kurzen Kommentar unter eine alte Frage von dir schreiben und dann bekomme ich deine Nachricht schon mit, einverstanden ?

Ansonsten habe ich erst Ende September meine letzte große Prüfung, will sagen, bis Ende August  werde ich höchstwahrscheinlich öfter mal in der Chemie- und Nanolounge vorbeischauen.